快速拼装式的隧道初期支护结构的制作方法

本实用新型涉及隧道工程施工技术领域，尤其是涉及一种快速拼装式的隧道初期支护结构。

背景技术：

隧道建设过程中，当洞身开挖后，随着围岩应力的释放，隧道容易变形和坍塌，因此需要及时的施工初期支护提供支撑，以保证施工安全，并提供合理的作业空间。采用新奥法施工时，常规隧道初支通常在架设钢架后，喷射混凝土对裸露的围岩或土体进行封闭。但由于喷射混凝土回弹量大，混凝土强度增长缓慢不能及时提供较强的支护刚度和强度，且喷射混凝土施工过程中对人体损害大等不利特点，导致初期支护施工成本高，施工效率低，施工环境差。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在克服现有技术存在隧道初期支护喷混施工工程造价高，施工速度慢，支护初期强度低，施工环境差的不足，提供了一种快速拼装式的隧道初期支护结构，通过预制初期支护结构，结合隧道钢架按照设计要求，拼装预制支护结构从而形成隧道初期支护体系，达到抵御土压力维持隧道稳定，同时降低施工成本，提高施工效率，改善施工环境的目的。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种快速拼装式的隧道初期支护结构，包括安装时若干并列设置于隧道内、且两侧设置凹槽的衬砌钢架，两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的直墙衬砌模块，位于直墙衬砌模块上端、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的曲墙衬砌模块，连接两侧曲墙衬砌模块、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的顶部块，设置于直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块内表面的钢筋网，以及喷射与钢筋网上的混凝土层；所述衬砌钢架包括两对称的直边墙钢架，以及两端分别与直边墙钢架上端固连的曲墙钢架；

所述直墙衬砌模块包括若干呈条状的直墙衬砌块；所述直墙衬砌块按功能分为直墙衬砌标准块、直墙衬砌系统锚杆块及直墙衬砌锁脚锚杆块；

所述曲墙衬砌模块包括若干呈条状、且表面具有弧度的曲墙衬砌块；所述曲墙衬砌块按功能分为曲墙衬砌标准块、曲墙衬砌系统锚杆块及曲墙衬砌锁脚锚杆块；

所述顶部块呈条状、且其表面具有弧度；

所述直墙衬砌块的上侧、曲墙衬砌块的上侧均设置有卡槽；

所述直墙衬砌块的下侧、曲墙衬砌块的下侧以及顶部块的两侧均设置与卡槽相匹配的凸条；

所述直墙衬砌系统锚杆块上及曲墙衬砌系统锚杆块上均通过锚固钢板安装有系统锚杆；所述直墙衬砌锁脚锚杆块上及曲墙衬砌锁脚锚杆块上均通过锚固钢板安装有锁角锚杆。

优选的是，所述直边墙钢架和曲墙钢架端部均设置钢架接头，并通过螺栓连接。

优选的是，所述直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块均采用采用钢纤维混凝土、钢筋混凝土或轻质混凝土制成。

优选的是，所述直墙衬砌块的两端、曲墙衬砌块的两端以及顶部块的两端均设置与直边墙钢架上凹槽嵌装配合的阶梯台。

优选的是，所述锚固钢板内侧对称设置环形的锚固钢筋。

一种快速拼装式的隧道初期支护结构，包括安装时若干并列设置于隧道内、且两侧设置凹槽的衬砌钢架，两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的直墙衬砌模块，位于直墙衬砌模块上端、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的曲墙衬砌模块，连接两侧曲墙衬砌模块、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的顶部块，设置于直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块内表面的钢筋网，以及喷射与钢筋网上的混凝土层；所述衬砌钢架包括两对称的直边墙钢架，以及两端分别与直边墙钢架上端固连的曲墙钢架；

所述直墙衬砌模块包括若干呈条状的直墙衬砌块；所述直墙衬砌块按功能分为直墙衬砌标准块、直墙衬砌系统锚杆块及直墙衬砌锁脚锚杆块；

所述曲墙衬砌模块包括若干呈条状、且表面具有弧度的曲墙衬砌块；所述曲墙衬砌块按功能分为曲墙衬砌标准块、曲墙衬砌系统锚杆块及曲墙衬砌钢架接头块；所述曲墙衬砌钢架接头块下侧呈平面；

所述顶部块呈条状、且其表面具有弧度；

所述直墙衬砌块的上侧、曲墙衬砌块的上侧均设置有卡槽；

所述直墙衬砌块的下侧、曲墙衬砌块的下侧以及顶部块的两侧均设置与卡槽相匹配的凸条；

所述直墙衬砌系统锚杆块上及曲墙衬砌系统锚杆块上均通过锚固钢板安装有系统锚杆；所述直墙衬砌锁脚锚杆块上通过锚固钢板安装有锁角锚杆。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型通过预制隧道初期支护结构，结合隧道钢架按照设计要求，拼装预制支护结构从而形成隧道初期支护体系，达到抵御土压力维持隧道稳定的目的，通过预制初支结构，隧道钢架架设后可以实现快速拼装，可以快速提供支撑抵御土压力，施工速度快，施工过程中无混凝回弹，施工造价较喷混造价低，且施工过程无粉尘污染，施工环境好。

2、本实用新型依据隧道设计轮廓、钢架厚度等因素对拼装块进行了设计，区分了直墙衬砌模块和曲墙衬砌模块，曲墙衬砌模块内外侧具有一定的高差，施做后可以完全贴合隧道轮廓，施工精度高。

3、本实用新型的衬砌块两侧端部按照初支钢架轮廓设计，可以与初支钢架紧密贴合，保证隧道初期支护衬砌的严密性。

4、本实用新型的衬砌块上下端设有卡槽及与卡槽相匹配的凸条，使上下连接的衬砌块可以紧密连接，同时在围岩压力突然变化时，又允许衬砌块具有一定角度的旋转而不至于失稳。

5、本实用新型的系统锚杆衬砌块以及锁脚锚杆衬砌块隧道内侧面均设置了锚固钢板，在系统锚杆以及锁脚锚杆施做后，可以通过焊接或者螺栓与衬砌块牢固固定。

6、本实用新型的系统锚杆块和锁脚锚杆块侧面按照设计要求预制开孔，锁脚开孔角度与设计一致，系统锚杆块开孔角度垂直于衬砌表面，保证了锚杆施做过程中角度的准确性。

7、本实用新型的锚固钢板通过锚固钢筋与衬砌块形成一个整体，具有良好的稳定性。

8、本实用新型的衬砌块可采用轻质混凝土或者添加了钢纤维的轻质混凝土制作，整体重量轻，施工方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1：本实用新型中直墙衬砌标准块的立体图；

图2：本实用新型中直墙衬砌标准块的主视图；

图3：本实用新型中直墙衬砌标准块的俯视图；

图4：本实用新型中直墙衬砌标准块的侧视图；

图5：本实用新型中直墙衬砌系统锚杆块的立体图；

图6：本实用新型中直墙衬砌系统锚杆块的主视图；

图7：本实用新型中直墙衬砌系统锚杆块的俯视图；

图8：本实用新型中直墙衬砌系统锚杆块的侧视图；

图9：本实用新型中直墙衬砌锁脚锚杆块的立体图；

图10：本实用新型中直墙衬砌锁脚锚杆块的主视图；

图11：本实用新型中直墙衬砌锁脚锚杆块的俯视图；

图12：本实用新型中直墙衬砌锁脚锚杆块的侧视图；

图13：本实用新型中曲墙衬砌标准块的立体图；

图14：本实用新型中曲墙衬砌标准块的主视图；

图15：本实用新型中曲墙衬砌标准块的俯视图；

图16：本实用新型中曲墙衬砌标准块的侧视图；

图17：本实用新型中曲墙衬砌系统锚杆块的立体图；

图18：本实用新型中曲墙衬砌系统锚杆块的主视图；

图19：本实用新型中曲墙衬砌系统锚杆块的俯视图；

图20：本实用新型中曲墙衬砌系统锚杆块的侧视图；

图21：本实用新型中曲墙衬砌锁脚锚杆块的立体图；

图22：本实用新型中曲墙衬砌锁脚锚杆块的主视图；

图23：本实用新型中曲墙衬砌锁脚锚杆块的俯视图；

图24：本实用新型中曲墙衬砌锁脚锚杆块的侧视图；

图25：本实用新型中顶部块的立体图；

图26：本实用新型中顶部块的主视图；

图27：本实用新型中顶部块的俯视图；

图28：本实用新型中顶部块的侧视图；

图29：本实用新型中曲墙衬砌钢架接头块的立体图；

图30：本实用新型中曲墙衬砌钢架接头块的主视图；

图31：本实用新型中曲墙衬砌钢架接头块的俯视图；

图32：本实用新型中曲墙衬砌钢架接头块的侧视图；

图33：本实用新型中锚固钢板的立体图；

图34：本实用新型中直边墙拼装的立体图；

图35：本实用新型中曲边墙拼装的立体图；

图36：本实用新型中顶部块拼装的立体图；

图37：本实用新型整体拼装的立体图；

图38：本实用新型整体拼装的主视图；

图39：本实用新型整体拼装的俯视图；

图40：本实用新型整体拼装的侧视图。

图中各标号为：1—直墙衬砌标准块；2—直墙衬砌系统锚杆块；3—直墙衬砌锁脚锚杆块；4—曲墙衬砌标准块；5—曲墙衬砌系统锚杆块；6—曲墙衬砌锁脚锚杆块；7—顶部块；8—卡槽；9—凸条；10—锚固钢板；11—锚杆孔；12—系统锚杆；13—锁脚锚杆；14—锚固钢筋；15—直边墙钢架；16—钢架接头；17—曲墙钢架；18—钢筋网；19—混凝土层；20—曲墙衬砌钢架接头块；21—阶梯台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

实施例1

一种快速拼装式的隧道初期支护结构，包括安装时若干并列设置于隧道内、且两侧设置凹槽的衬砌钢架，两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的直墙衬砌模块，位于直墙衬砌模块上端、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的曲墙衬砌模块，连接两侧曲墙衬砌模块、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的顶部块，设置于直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块内表面的钢筋网，以及喷射与钢筋网上的混凝土层；所述衬砌钢架包括两对称的直边墙钢架，以及两端分别与直边墙钢架上端固连的曲墙钢架；

所述直墙衬砌模块包括若干呈条状的直墙衬砌块；所述直墙衬砌块按功能分为直墙衬砌标准块、直墙衬砌系统锚杆块及直墙衬砌锁脚锚杆块；

所述曲墙衬砌模块包括若干呈条状、且表面具有弧度的曲墙衬砌块；所述曲墙衬砌块按功能分为曲墙衬砌标准块、曲墙衬砌系统锚杆块及曲墙衬砌锁脚锚杆块；

所述顶部块呈条状、且其表面具有弧度；

所述直墙衬砌块的上侧、曲墙衬砌块的上侧均设置有卡槽；

所述直墙衬砌块的下侧、曲墙衬砌块的下侧以及顶部块的两侧均设置与卡槽相匹配的凸条；

所述直墙衬砌系统锚杆块上及曲墙衬砌系统锚杆块上均通过锚固钢板安装有系统锚杆；所述直墙衬砌锁脚锚杆块上及曲墙衬砌锁脚锚杆块上均通过锚固钢板安装有锁角锚杆。

具体的是，所述直边墙钢架和曲墙钢架端部均设置钢架接头，并通过螺栓连接。

具体的是，当地质条件较差时，所述直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块可采用钢纤维混凝土或钢筋混凝土。当地质条件好时，直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块可采用轻质混凝土。

作为优选的技术方案，所述直墙衬砌块的两端、曲墙衬砌块的两端以及顶部块的两端均设置与直边墙钢架上凹槽嵌装配合的阶梯台，衬砌块两端端头尺寸均与钢架轮廓相匹配，衬砌块可以与钢架密贴，保证了衬砌的严密性。

具体的是，卡槽的截面可以呈弧形、矩形或楔形等适用形状。锚固钢板内侧对称设置环形的锚固钢筋，使得锚固板与混凝土块连接牢固，以提供抗拉及抗剪抵抗力。

实施例1的施工如下：

采用台阶法施工，首先架设直边墙钢架和曲墙钢架，两者通过钢架接头相连；接着拼装上部台阶两侧的曲墙衬砌锁脚锚杆块，再拼装拱部的曲墙衬砌标准块和顶部块，接着在隧道两侧拱脚部分拼装直墙衬砌锁脚锚杆块；之后在直墙衬砌锁脚锚杆块上安装直墙锁脚锚杆，之后再按照设计拼装直墙衬砌标准块和直墙衬砌系统锚杆块直至直墙部分安装完毕；在地质条件较差时，在拼装衬砌块的同时施做相应的锁脚锚杆和系统锚杆，并可以在预制衬砌块拼装完成，锚杆安装完毕后挂设钢筋网，再复喷薄层混凝土；由于预制衬砌块两侧端部根据钢架轮廓设计，预制块体和钢架可以紧密贴合，钢架后空洞或超挖部分，采用同等级混凝土回填，以保证拼装式初支结构受力均匀。

实施例2

一种快速拼装式的隧道初期支护结构，包括安装时若干并列设置于隧道内、且两侧设置凹槽的衬砌钢架，两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的直墙衬砌模块，位于直墙衬砌模块上端、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的曲墙衬砌模块，连接两侧曲墙衬砌模块、且两端分别嵌装于相邻两衬砌钢架凹槽上的顶部块，设置于直墙衬砌模块、曲墙衬砌模块及顶部块内表面的钢筋网，以及喷射与钢筋网上的混凝土层；所述衬砌钢架包括两对称的直边墙钢架，以及两端分别与直边墙钢架上端固连的曲墙钢架；

所述直墙衬砌模块包括若干呈条状的直墙衬砌块；所述直墙衬砌块按功能分为直墙衬砌标准块、直墙衬砌系统锚杆块及直墙衬砌锁脚锚杆块；

所述曲墙衬砌模块包括若干呈条状、且表面具有弧度的曲墙衬砌块；所述曲墙衬砌块按功能分为曲墙衬砌标准块、曲墙衬砌系统锚杆块及曲墙衬砌钢架接头块；所述曲墙衬砌钢架接头块下侧呈平面；

所述顶部块呈条状、且其表面具有弧度；

所述直墙衬砌块的上侧、曲墙衬砌块的上侧均设置有卡槽；

所述直墙衬砌块的下侧、曲墙衬砌块的下侧以及顶部块的两侧均设置与卡槽相匹配的凸条；

所述直墙衬砌系统锚杆块上及曲墙衬砌系统锚杆块上均通过锚固钢板安装有系统锚杆；所述直墙衬砌锁脚锚杆块上通过锚固钢板安装有锁角锚杆。

实施例2的施工如下：

采用全断面法开挖，隧道断面一次成型后，首先架设直边墙钢架和曲墙钢架，两者通过钢架接头相连；在衬砌钢架架设完成后在隧道两侧拱脚部分拼装直墙衬砌锁脚锚杆块；之后在直墙衬砌锁脚锚杆块上安装直墙锁脚锚杆，之后再按照设计拼装直墙衬砌标准块和直墙衬砌系统锚杆块直至直墙部分安装完毕；直墙部分安装完毕后在两侧拱部曲墙部位拼装曲墙衬砌钢架接头块，之后在曲墙衬砌钢架接头块上按照设计拼装曲墙衬砌标准块、曲墙衬砌系统锚杆块至拱顶，最后拼装顶部块；在地质条件较差时，在拼装衬砌块的同时施做相应的锁脚锚杆和系统锚杆，并可以在预制衬砌块拼装完成，锚杆安装完毕后挂设钢筋网，再复喷薄层混凝土；由于预制衬砌块两侧端部根据钢架轮廓设计，预制块体和钢架可以紧密贴合，钢架后空洞或超挖部分，采用同等级混凝土回填，以保证拼装式初支结构受力均匀。

在隧道开挖后，首先按照一定间距架设钢架，在一榀钢架架设完成后开始施做隧道初期支护结构，按照开挖步骤，首先施做曲边墙锁脚锚杆块或者直边墙锁脚锚杆块，之后逐层往上拼装系统锚杆块或者标准块，隧道两侧对称施做，最后施做顶部块，在安装锁脚锚杆和系统锚杆后形成初期支护体系，在一榀支护施做完成后施做下一榀支护逐步推进直至隧道开挖完毕。在地质条件较差时，可在安装衬砌块同时安装锁脚锚杆以及系统锚杆，在一榀支护施做完毕后，在初期支护结构上加挂钢筋网，并喷射薄层混凝土，以提高其整体强度。

通过预制衬砌块的拼装可以快速形成具有足够刚度和强度隧道初期支护结构，施工过程中降低喷射混凝土用量，节省了工程材料，质量得到保障，施工造价低，且施工过程中无粉尘危害，隧道内施工环境可得到极大改善。施工完成后，按照相关规范要求，进行隧道变形监测，确保安全。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。